含不凝气水平管内膜状冷凝的传热特性

为深入研究含不凝气水平管内膜状冷凝的传热特性,建立了含不凝气的水平管内膜状冷凝传热的数学模型。模型考虑了汽液两相流间的剪切应力引起的轴向压力梯度及不凝气在相界面处的扩散传质热阻,推导出液膜换热系数、液膜厚度、轴向压力梯度、冷凝液层角度及厚度和冷凝界面温度的理论关系式。通过对纯蒸汽冷凝液膜特性数学模型计算结果间的比较,验证了数学模型的通用性和准确性。研究结果表明:汽液两相流间剪切应力和不凝气对沿管长方向蒸汽冷凝温度的降低有显著影响,要通过增加管长来抵消其对传热性能降低的影响;进口蒸汽中不凝气浓度的降低,有利于减少传热管管长。

低温多效蒸发海水淡化系统热力分析

建立了喷射器低温多效蒸发海水淡化系统的数学模型,计算分析了各种温度损失随温度的变化,并研究了顶值盐水温度、蒸发器效数和动力蒸汽等参数对系统的造水比和生产单位质量淡水所需传热面积的影响。结果表明各种温度损失在末效蒸发器内显著增加;喷射器低温多效蒸发系统的热力特性明显优于多效蒸发系统;通过增加顶值盐水温度、蒸发器效数和动力蒸汽温度,可以实现系统的优化运行。

低温多效蒸发海水淡化系统的变工况性能分析

建立了低温多效蒸发系统在变工况运行条件下的数学模型,分析了加热蒸汽温度、加热蒸汽流量和供入海水流量对系统的蒸发产物负荷率和单位蒸发产物热耗率的影响,探讨了各效蒸发器中海水的温度和浓度的变化与装置结垢问题的关系。结果表明,在控制结垢发生的前提下,即盐水浓缩比不超过2.5、顶值盐水温度低于75℃时,降低供入海水流量、增加加热蒸汽流量和提高加热蒸汽温度有利于系统运行。

吸收式热泵多效蒸发海水淡化热力性能研究

提出了两级吸收式热泵多效蒸发海水淡化工艺流程,并建立了系统的数学模型。计算分析了溴化锂溶液浓度和加热蒸汽温度对系统的造水比、生产单位淡水所需传热面积和吸收式热泵的热力系数的影响。研究结果表明,系统的造水比和吸收式热泵的热力系数随加热蒸汽温度和LiBr浓溶液浓度的降低而增大,生产单位质量淡水所需传热面积随加热蒸汽温度的降低而急剧增加;通过调整溴化锂溶液的浓度,能够实现对不同品质热源的利用;该系统不仅能够保证淡水不被溴化锂污染,而且其造水比明显优于喷射泵多效蒸发系统和多效蒸发系统。

多效蒸发海水淡化系统中CO_2化学解吸的模拟

为有效降低不凝气对降膜蒸发过程的影响和优化蒸发器结构参数,建立了多效蒸发(MED)海水淡化系统中CO2化学解吸的数学模型,通过对实际海水淡化装置的模拟,得到了系统CO2的解吸速率及其影响因素,并通过与前人研究成果和MED海水淡化厂实际运行数据对比分析,验证了模型的正确性并且证明具有更高的精度。结果表明,蒸发温度是决定化学反应速率的关键因素,蒸发温度越高,反应速率越快,在海水加热到饱和温度阶段,海水盐度和pH值也显著影响化学反应速率;碳酸盐离子浓度因海水蒸发而增大,有助于CO2的化学解吸;随着各效蒸发器内蒸发温度的降低,液膜中传质系数降低,CO2解吸速率逐效降低。

供热机组-海水淡化联产系统的经济性分析

针对供热机组-海水淡化联产系统的特点,应用循环函数法、等效焓降法和汽轮机变工况分析理论,建立了计算分析矩阵模型,得出了用于海水淡化的抽汽对供热机组发电和供热两方面以及制水成本影响的计算分析方法。研究结果表明,增加夏季供热负荷用于海水淡化,能够增加供热机组的发电热效率和热能利用率,同时降低海水淡化的成本;采用制水电耗率(ELWP)比采用传统的造水比(GOR)指标更能够准确地评价海水淡化系统热性能;该水电联产系统能够提高热电机组的能源利用效率,有效解决沿海地区火电厂的缺水问题。

水平-竖直管降膜多效蒸发高盐废水处理系统

为克服现有的高盐废水多效蒸发能耗高的问题,提出了水平-竖直管降膜多效蒸发高盐废水处理系统。工艺流程的原理分析和工程实例计算证明,利用竖管降膜蒸发器生成的二次蒸汽作为水平管降膜多效蒸发系统的加热蒸汽,使废水在水平管降膜蒸发器内浓缩,可大幅度降低在竖管降膜蒸发系统内进行蒸发结晶的废水量,从而减少废水蒸发消耗的高温高压蒸汽量,因此该技术是具有发展前景的高盐废水处理节能新技术。

水平管低温多效蒸发技术在废水蒸发中的应用

为有效降低蒸发能耗,提出了将水平管低温多效蒸发技术应用于废水处理;通过将多效水平管降膜蒸发器和成熟的竖管降膜蒸发器耦合,能够在混合式废水蒸发器中实现对热量的分级利用。阐述了多效混合式废水蒸发器的工作原理和技术特点,对其工程实例进行的经济性分析表明,通过将水平管低温多效蒸发技术与竖管降膜蒸发系统耦合,废水蒸发的能耗得到了大幅度降低,相对于其它废水蒸发方法,该技术具有独特的优势。

TVC在MED海水淡化装置中的作用和性能分析

建立了蒸汽热力压缩器(thermal vapor compressor,TVC)和多效蒸发(multi-effect distillation,MED)海水淡化装置热力过程数学模型,计算分析了TVC对MED海水淡化装置性能的影响,讨论了对于一定设计条件下的海水淡化装置,蒸发器效数,TVC引射蒸汽、工作蒸汽及抽汽位置和装置的造水比、蒸发器传热面积、喷射系数的关系。结果表明:蒸发器效数、TVC吸入蒸汽温度的增加都会升高造水比;根据造水比和蒸发器传热面积,适当设置TVC在多效蒸发海水淡化装置中的抽汽位置,海水淡化装置的能效可以有很大的提高。

顺流流程多效蒸馏海水淡化系统的热力学分析

建立了顺流进料流程低温多效蒸馏海水淡化系统的热力过程数学模型;考虑了过程中物性变化和压力损失引起的传热温差变化,计算分析了在相同淡水产量下,蒸发器效数、末效蒸发器蒸发温度、加热蒸汽温度和浓缩比变化时,造水比、冷凝器海水流量、蒸发器总传热面积的变化规律。结果表明:蒸发器效数对系统性能有显著影响;末效蒸发器蒸发温度和加热蒸汽温度对蒸发器总传热面积影响较大;浓缩比在一定范围内,系统热力性能最优。

低温多效蒸馏海水淡水—发电联产系统经济性分析

针对低温多效蒸馏海水淡化—发电联产系统,应用等效焓降理论,计算了制水的能量成本和加热抽汽对汽轮机组的影响。结合q-γ-τ矩阵方程,构造了通用性强、精度高和易于程序化的等效焓降法抽汽效率矩阵模型和局部定量分析矩阵模型。利用该矩阵模型可以方便、快捷、准确计算制水耗电率(ELWP)和制水燃料成本随抽汽压力和加热蒸汽温度的变化。计算结果显示,采用制水电耗率比传统的性能指标造水比(GOR)能够更准确的评价水电联产系统热性能;降低抽汽压力和加热蒸汽温度有利于降低制水能量成本,但抽汽压力和加热蒸汽温度的下限应分别满足蒸汽喷射器的引射系数和压缩比的要求;低温多效蒸馏海水淡化—发电联产系统能够经济有效地解决北方沿海地区,尤其是北方沿海火电厂的缺水问题。

海水淡化系统水平管降膜蒸发器传热系数研究

针对海水淡化系统水平管降膜蒸发器,总结和分析管内冷凝侧与管外蒸发侧的换热系数关联式,比较管内径、入口蒸汽流速、蒸汽冷凝温度、出口蒸汽干度对管内蒸汽冷凝侧换热系数的影响;研究传热温差以及喷淋密度对管外蒸发侧换热系数的影响。结合不同的污垢系数,进行了总传热系数的影响因素分析,为海水淡化系统的工程设计提供依据。

混合式蒸发在垃圾渗滤液零排放中的应用

垃圾渗滤液是高毒性的有机废水,常规的处理工艺难以同时满足可行性和经济性的要求。文章提出了水平-竖直管多效混合式蒸发垃圾渗滤液处理工艺。工艺流程中,渗滤液中超过80%的水分在水平管降膜多效蒸发器内负压蒸发,浓缩后的渗滤液在竖管降膜蒸发器内结晶;水平管降膜蒸发的小温差传热特性保证了在5℃~10℃温差范围内布置多个蒸发器实现对热量的重复利用和有效降低机械蒸气压缩的电耗。工程实例计算表明,新工艺处理垃圾渗滤液消耗的高压蒸气量和电耗大幅度降低,验证了该工艺可以高效节能地实现渗滤液处理的零排放。

降膜吸收CO_(2)水平管外滴状流的脉动特性数值模拟

液滴的瞬态行为对强化水平管降膜吸收CO_(2)装置的性能至关重要。基于VOF(volume of fluid)方法建立了滴状流降膜吸收CO_(2)的二维模型,引入液滴下坠长度与无量纲时间来分析滴状流降膜吸收CO_(2)过程中的液滴脉动与管间距和雷诺数Re的关系。结果表明:液体在换热管下侧堆积直至形成液滴的过程中,受到重力、表面张力与惯性的相互作用,液滴的移动方向出现了多次反转;液滴脉动过程中,由于摩擦阻力的存在,随着无量纲时间的增加,液滴脉动幅度逐渐减小;由于管间距的增加提高了液滴在换热管底部交汇时的动能,导致随着管间距的增加,液滴的脉动次数与脉动幅度逐渐增加;在Re不断增加的情况下,液滴滴落速度的减小导致液滴的脉动次数与幅度也逐渐减小。

水平管外降膜蒸发微观传热特性

为了深入探究水平管降膜蒸发的微观传热特性,采用基于VOF法的计算流体模型对水平管外降膜蒸发进行数值模拟,通过求解控制方程得到液膜内的温度场和速度场。分析了不同入口边界温度和Re数下管外薄液膜内热边界层、无量纲温度和局部传热系数的微观传热特性变化规律,定量给出了热发展区与充分热发展区的边界位置。模拟结果表明:液膜入口温度越高,液膜热发展区覆盖的圆周角度越小;液膜内的热发展区覆盖的角度随Re数的增大而增加是平均传热系数随Re数增大的原因;管外圆周方向无量纲温度分布证明了液膜中的传热包含导热和对流传热;管外液膜内纯导热系数与局部传热系数的差值随倾斜角的增加而减少是由于对流效应沿管圆周方向减弱引起的。

波动参数对冷凝液膜传热影响的微观机理研究

冷凝传热作为一种高效的能量传递方式,已广泛应用于工业领域,模拟冷凝液膜上形成的界面波动能够为研究液膜内动力学特性强化传热的微观机理提供理论支持。文章数值模拟了等温竖直壁面上二维层流冷凝波动降液膜流动,研究了波动特性参数强化冷凝液膜传热的微观机理。结果表明:在14 Hz的外加强制扰动作用下,液膜无法形成振幅连续递增的波动,波长分布较为分散;扰动>16 Hz时,扰动频率的增加会使波动间的相互作用增加,波长随液膜雷诺数的增加略有增大;扰动频率为16 Hz时的波动强化传热效果最为显著。传热系数相对于努塞尔分析解增加了30%,对流作用是引起波动液膜传热强化的主要因素,其对强化传热的贡献率为79%。

水平管外降膜蒸发传热特性的数值模拟

为深入研究液膜内的微观传热机理,对水平管外降膜蒸发的传热特性进行了数值模拟,获得了液膜厚度、液膜流动速度和传热系数等热力参数在液膜内的分布特性。通过与实验数据的对比验证了数学模型的准确性。研究结果表明:在饱和蒸发温度62℃、传热温差2.8℃、管外径25.4mm和液膜入口速度0.071~0.15 m/s条件下,沿圆周方向,液膜厚度减小,传热系数增加,直至达到液膜热力发展区,膜厚和传热系数趋于稳定;受液膜内温度变化的影响,液膜内的粘度、表面张力和导热系数的变化对液膜传热特性产生显著影响。

板式海水淡化装置变负荷调节特性研究

传统板式海水淡化装置无调节结构,难以适应船舶柴油机变负荷做功,而变负荷调节是拓宽其工作温度范围的关键,研究其变负荷调节特性对于开发高效的船用海水淡化装置具有重要意义。文章采用以可调式射流泵代替固定式射流泵的方式实现变负荷调节,依据结垢实验给定的最小海水浓缩因子,在射流泵方程中引入浓海水液位变量,将热力学方程与射流泵方程耦合为板式海水淡化装置变负荷调节模型。结果表明:调整调节锥行程可有效调节可调式射流泵的引射流体状态参数;海水淡化装置工作的热源热水温度范围从固定式结构的66~84℃扩展到可调式结构的29~84℃,相比于单纯依靠调节流量的固定式结构,可调式结构海水淡化装置具有更高的热效率。